JP2005295239A - Radio transmitter, radio receiver, radio transmission method and radio reception method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特定のプリアンブル信号を含む無線パケット用いて送信及び受信をそれぞれを行う無線送信装置、無線受信装置、無線送信方法及び無線受信方法に関する。 The present invention relates to a wireless transmission device, a wireless reception device, a wireless transmission method, and a wireless reception method that perform transmission and reception using a wireless packet including a specific preamble signal.
米国の電気電子技術者協会であるIEEEにおいて、100Mbps以上のスループットを目指すIEEE 802.11nと呼ばれる無線LAN規格の策定が進められている。IEEE 802.11nでは、送信機及び受信装置に複数のアンテナを用いるMIMO(Multi Input Multi Output)と呼ばれる技術が採用される可能性が高い。IEEE 802.11nは、既に規格化されているIEEE 802.11a規格と無線機上で共存できることが要求されている。MIMO技術では、複数の送信アンテナから各受信アンテナまでの伝送路応答を測定するために、既知系列であるプリアンブルを複数の送信アンテナから送信する必要がある。 The IEEE, an association of electrical and electronic engineers in the United States, is developing a wireless LAN standard called IEEE 802.11n aiming for a throughput of 100 Mbps or more. In IEEE 802.11n, there is a high possibility that a technique called MIMO (Multi Input Multi Output) using a plurality of antennas for a transmitter and a receiver will be adopted. IEEE 802.11n is required to coexist on the radio with the already standardized IEEE 802.11a standard. In MIMO technology, it is necessary to transmit a preamble, which is a known sequence, from a plurality of transmission antennas in order to measure a transmission path response from the plurality of transmission antennas to each reception antenna.
非特許文献1で提案された無線通信用プリアンブル信号案によると、図9に無線通信用プリアンブル信号を含む無線パケットが示されるように、まず一つの送信アンテナTx1から時間同期、周波数同期及びAGCに用いるショートプリアンブル列x01、伝送路応答推定用のロングプリアンブル列x02、無線パケットの変調方式や長さを示すフィールドを含む第1シグナルフィールドx03を送信する。引き続き、IEEE 802.11nで用いる第2シグナルフィールドx04を送信する。次に、送信アンテナTx2,Tx3,Tx4から伝送路応答推定用のロングプリアンブル列x05,x06,x07を順に送信する。このようにしてプリアンブル信号の送信が終了した後に、複数の送信アンテナTx1,Tx2,Tx3,Tx4から送信データx08,x09,x10,x11を同時に送信する。
According to the radio communication preamble signal proposed in
図9中に示した無線通信用プリアンブル信号は、ショートプリアンブルx01から第1シグナルフィールドx03までは単一アンテナTx1からの送信を基本とするIEEE 802.11a規格の無線通信用プリアンブル信号と同一である。これにより、図9に示す無線パケットを受信したIEEE 802.11a規格に基づく無線受信装置は、受信した無線パケットをIEEE 802.11a規格に基づくパケットと認識することができる。従って、図9中に示す無線通信用プリアンブル信号は、一つの無線機上でIEEE 802.11nをIEEE 802.11a規格と共存させることを可能とする。
無線受信装置における受信信号の復調処理は、一般にディジタル信号処理により行われるため、アナログ信号として得られた受信信号をディジタル信号に変換するA/D変換器が用意される。A/D変換器は、変換対象のアナログ信号の許容レベル範囲(以下、入力ダイナミックレンジという)を持っている。従って、受信信号のレベルをA/D変換器の入力ダイナミックレンジ内となるように調整するためのAGC(自動利得調整)を行うことが必要である。 Since demodulation processing of a reception signal in a wireless reception apparatus is generally performed by digital signal processing, an A / D converter that converts a reception signal obtained as an analog signal into a digital signal is prepared. The A / D converter has an allowable level range (hereinafter referred to as an input dynamic range) of an analog signal to be converted. Therefore, it is necessary to perform AGC (automatic gain adjustment) for adjusting the level of the received signal so as to be within the input dynamic range of the A / D converter.
前述したロングプリアンブルによる伝送路応答の推定はディジタル信号処理で行われるため、ロングプリアンブル以前の信号を用いてAGCを行う必要がある。図9中に示した無線通信用プリアンブル信号では、最初に送信アンテナTx1から送信されるロングプリアンブルx02より以前のショートプリアンブルx01を用いてAGCを行う。すなわち、ショートプリアンブルx01の受信レベルを測定し、信号レベルがA/D変換器の入力ダイナミックレンジ内に収まるようにAGCを行う。ショートプリアンブルx01を用いてAGCを行うことにより、送信アンテナTx1から送信されるロングプリアンブルx02やデータを正しく受信することができる。 Since the transmission path response estimation using the long preamble described above is performed by digital signal processing, it is necessary to perform AGC using a signal before the long preamble. In the radio communication preamble signal shown in FIG. 9, AGC is performed using the short preamble x01 before the long preamble x02 transmitted from the transmission antenna Tx1 first. That is, the reception level of the short preamble x01 is measured, and AGC is performed so that the signal level is within the input dynamic range of the A / D converter. By performing AGC using the short preamble x01, it is possible to correctly receive the long preamble x02 and data transmitted from the transmission antenna Tx1.
ところが、送信アンテナTx2,Tx3,Tx4からはロングプリアンブルx05,x06,x07より前には何も送信されないため、送信アンテナTx1から送信されるショートプリアンブルx01を用いてAGCを行わざるを得ない。送信アンテナTx1,Tx2,Tx3,Tx4が空間的に離れて設置されていれば、Tx1,Tx2,Tx3,Tx4の各々から送信された信号の受信レベルは当然異なることが知られている。 However, since nothing is transmitted before the long preambles x05, x06, x07 from the transmission antennas Tx2, Tx3, Tx4, AGC must be performed using the short preamble x01 transmitted from the transmission antenna Tx1. It is known that the reception levels of the signals transmitted from Tx1, Tx2, Tx3, and Tx4 are naturally different if the transmission antennas Tx1, Tx2, Tx3, and Tx4 are spatially separated.
従って、送信アンテナTx2,Tx3,Tx4から送信されるロングプリアンブルx05,x06,x07を無線受信装置が受信する際や複数のアンテナから同時に送信されるデータ信号x08〜x11を受信する際には、受信レベルはアンテナTx1から送信されたショートプリアンブルx01を用いたAGCにより調整されたレベルを大きく上回ったり下回るという現象が生じる。受信レベルがA/D変換器の入力ダイナミックレンジの上限を上回った場合、A/D変換器は飽和現象を生じる。受信レベルが入力ダイナミックレンジの下限を下回った場合には、A/D変換器で大きな量子化誤差が発生する。いずれの場合でも、A/D変換器は適切な変換をできず、A/D変換後の処理に悪影響を及ぼす。 Therefore, when the radio reception apparatus receives the long preambles x05, x06, and x07 transmitted from the transmission antennas Tx2, Tx3, and Tx4, or when receiving the data signals x08 to x11 that are simultaneously transmitted from a plurality of antennas, the reception is performed. A phenomenon occurs in which the level greatly exceeds or falls below the level adjusted by AGC using the short preamble x01 transmitted from the antenna Tx1. When the reception level exceeds the upper limit of the input dynamic range of the A / D converter, the A / D converter causes a saturation phenomenon. When the reception level falls below the lower limit of the input dynamic range, a large quantization error occurs in the A / D converter. In any case, the A / D converter cannot perform appropriate conversion and adversely affects the processing after the A / D conversion.
また、図9で示したように、データは全ての送信アンテナTx1,Tx2,Tx3,Tx4から送信されるため、データ部では受信レベルの変化範囲はさらに大きくなる。従って、上述したA/D変換器の飽和や量子化誤差の問題は顕著となり、受信性能は大きく劣化してしまう。 Further, as shown in FIG. 9, since data is transmitted from all the transmission antennas Tx1, Tx2, Tx3, and Tx4, the range of change of the reception level is further increased in the data portion. Therefore, the above-mentioned problems of saturation of the A / D converter and quantization error become remarkable, and the reception performance is greatly deteriorated.
このように従来の技術では、受信側において単一のアンテナTx1から送信されるショートプリアンブルのみを用いてAGCを行うため、他のアンテナTx2,Tx3,Tx4からの送信信号を受信する際に生じる受信レベルの変動に対応できない。また、アンテナTx1,Tx2,Tx3,Tx4から同時に信号が送信された場合の受信レベルの変動にも対応できない。 As described above, in the conventional technique, since AGC is performed using only the short preamble transmitted from the single antenna Tx1 on the receiving side, reception that occurs when receiving transmission signals from the other antennas Tx2, Tx3, and Tx4 is performed. Cannot cope with level fluctuations. Also, it cannot cope with fluctuations in the reception level when signals are transmitted simultaneously from the antennas Tx1, Tx2, Tx3, and Tx4.
本発明の目的は、複数の送信アンテナからの信号を受信する際に、精度の高いAGCを行い、A/D変換を適切に行うことを可能とする無線通信用プリアンブル信号を用いる無線送信装置、無線受信装置、無線送信方法及び無線受信方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a radio transmission apparatus that uses a radio communication preamble signal that performs high-accuracy AGC and appropriately performs A / D conversion when receiving signals from a plurality of transmission antennas, It is an object to provide a wireless reception device, a wireless transmission method, and a wireless reception method.
本発明の第1の観点によると、複数のアンテナと;前記複数のアンテナのうちの一つのアンテナを用いてショートプリアンブル列、第1ロングプリアンブル列、第1シグナルフィールド及び第2シグナルフィールドを送信する手段と;前記第2シグナルフィールドの送信後に前記複数のアンテナを用いてAGC用プリアンブルを送信する手段と;前記AGC用プリアンブルの送信後に前記複数のアンテナを用いてデータを送信する手段とを具備し、前記第1シグナルフィールドは、前記AGC用プリアンブルの送信を予告するリザーブビットを有する無線送信装置を提供する。 According to a first aspect of the present invention, a plurality of antennas; a short preamble sequence, a first long preamble sequence, a first signal field, and a second signal field are transmitted using one of the plurality of antennas. Means for transmitting an AGC preamble using the plurality of antennas after transmitting the second signal field; and means for transmitting data using the plurality of antennas after transmitting the AGC preamble. The first signal field provides a radio transmission apparatus having a reserve bit for notifying transmission of the AGC preamble.
本発明の第2の観点によると、複数のアンテナと;前記複数のアンテナのうちの一つのアンテナを用いてショートプリアンブル列、第1ロングプリアンブル列、第1シグナルフィールド及び第2シグナルフィールドを送信する手段と;前記第2シグナルフィールドの送信後に前記複数のアンテナを用いてAGC用プリアンブルを送信する手段と;前記AGC用プリアンブルの送信後に前記複数のアンテナを用いてデータを送信する手段とを具備し、前記第1シグナルフィールドは、第2シグナルフィールド、AGC用プリアンブル及びデータが送信されることを示すリザーブビットを有する無線送信装置を提供する。 According to a second aspect of the present invention, a plurality of antennas; a short preamble sequence, a first long preamble sequence, a first signal field, and a second signal field are transmitted using one of the plurality of antennas. Means for transmitting an AGC preamble using the plurality of antennas after transmitting the second signal field; and means for transmitting data using the plurality of antennas after transmitting the AGC preamble. The first signal field provides a radio transmission apparatus having a second signal field, an AGC preamble, and a reserve bit indicating that data is transmitted.
本発明の第3の観点によると、複数のアンテナと;前記複数のアンテナのうちの一つのアンテナを用いてショートプリアンブル列、第1ロングプリアンブル列、第1シグナルフィールド及び第2シグナルフィールドを順に送信する手段と;前記第2シグナルフィールドの送信後に前記複数のアンテナを用いてAGC用プリアンブルを送信する手段と;前記AGC用プリアンブルの送信後に前記複数のアンテナを用いてデータを送信する手段とを具備し、前記第1シグナルフィールドは、前記複数のアンテナを用いてAGC用プリアンブル及びデータの送信を予告することを示すリザーブビットを有する無線送信装置を提供する。 According to a third aspect of the present invention, a plurality of antennas; a short preamble sequence, a first long preamble sequence, a first signal field, and a second signal field are sequentially transmitted using one of the plurality of antennas. Means for transmitting an AGC preamble using the plurality of antennas after transmitting the second signal field; and means for transmitting data using the plurality of antennas after transmitting the AGC preamble. The first signal field provides a radio transmission apparatus having a reserve bit indicating that the AGC preamble and data transmission are notified by using the plurality of antennas.
本発明の第4の観点によると、一つのアンテナから順に送信されるショートプリアンブル列、第1ロングプリアンブル列、リザーブビットを有する第1シグナルフィールド及び第2シグナルフィールドと、前記第2シグナルフィールドより後に複数のアンテナから順に送信される複数のAGC用プリアンブル及びデータ信号を含む信号を受信して受信信号を生成する受信部と;前記受信信号を増幅する可変利得増幅器と;前記リザーブビットの受信をトリガとして、前記AGC用プリアンブルを用いて前記可変利得増幅器の利得を制御する利得制御部とを具備する無線受信装置を提供する。 According to a fourth aspect of the present invention, a short preamble sequence, a first long preamble sequence, a first signal field and a second signal field having reserved bits transmitted sequentially from one antenna, and after the second signal field. A receiving unit that receives a signal including a plurality of AGC preambles and data signals transmitted sequentially from a plurality of antennas to generate a received signal; a variable gain amplifier that amplifies the received signal; and triggers reception of the reserved bits And a gain control unit that controls the gain of the variable gain amplifier using the AGC preamble.
本発明の第5の観点によると、一つのアンテナから順に送信されるショートプリアンブル列、第1ロングプリアンブル列、リザーブビットを有する第1シグナルフィールド及び第2シグナルフィールドと、前記第2シグナルフィールドより後に複数のアンテナから順に送信される複数のAGC用プリアンブル及びデータ信号を含む信号を受信して受信信号を生成する受信部と;前記受信信号を増幅する可変利得増幅器と;前記AGC用プリアンブルを用いて前記可変利得増幅器の利得を制御する利得制御部と;前記リザーブビットの受信に応答して前記利得制御部の利得制御動作を開始させる制御を行う開始制御部とを具備する無線受信装置を提供する。 According to a fifth aspect of the present invention, a short preamble sequence, a first long preamble sequence, a first signal field and a second signal field having reserve bits transmitted sequentially from one antenna, and after the second signal field. A reception unit that receives a signal including a plurality of AGC preambles and data signals transmitted sequentially from a plurality of antennas to generate a reception signal; a variable gain amplifier that amplifies the reception signal; and the AGC preamble There is provided a radio reception apparatus comprising: a gain control unit that controls a gain of the variable gain amplifier; and a start control unit that performs control to start a gain control operation of the gain control unit in response to reception of the reserve bit. .
本発明の第6の観点によると、複数のアンテナのうちの一つのアンテナを用いてショートプリアンブル列、第1ロングプリアンブル列、第1シグナルフィールド及び第2シグナルフィールドを順に送信するステップと;前記第2シグナルフィールドの送信後に前記複数のアンテナを用いてAGC用プリアンブルを送信するステップと;前記AGC用プリアンブルの送信後に前記複数のアンテナを用いてデータを送信するステップとを具備し、前記第1シグナルフィールドは、前記AGC用プリアンブルの送信を予告するリザーブビットを有する無線送信方法を提供する。 According to a sixth aspect of the present invention, a step of transmitting a short preamble sequence, a first long preamble sequence, a first signal field, and a second signal field in sequence using one of a plurality of antennas; 2) transmitting an AGC preamble using the plurality of antennas after transmitting two signal fields; and transmitting data using the plurality of antennas after transmitting the AGC preamble. The field provides a wireless transmission method having a reserve bit for notifying transmission of the AGC preamble.
本発明の第7の観点によると、一つのアンテナから順に送信されるショートプリアンブル列、第1ロングプリアンブル列、リザーブビットを有する第1シグナルフィールド及び第2シグナルフィールドと、前記第2シグナルフィールドより後に複数のアンテナから順に送信される複数のAGC用プリアンブル及びデータ信号を含む信号を受信して受信信号を生成する受信部と;前記受信信号を可変利得増幅器により増幅するステップと;前記リザーブビットの受信をトリガとして、前記AGC用プリアンブルを用いて前記可変利得増幅器の利得を制御するステップとを具備する無線受信方法を提供する。 According to a seventh aspect of the present invention, a short preamble sequence, a first long preamble sequence, a first signal field and a second signal field having reserve bits transmitted sequentially from one antenna, and after the second signal field. A receiving unit that receives a signal including a plurality of AGC preambles and data signals transmitted in sequence from a plurality of antennas to generate a received signal; amplifying the received signal with a variable gain amplifier; and receiving the reserved bits And a step of controlling the gain of the variable gain amplifier using the AGC preamble as a trigger.
本発明によると、複数の送信アンテナからの信号を受信する際に、精度の高いAGCを行い、A/D変換を適切に行うことが可能となる。 According to the present invention, when receiving signals from a plurality of transmission antennas, it is possible to perform AGC with high accuracy and appropriately perform A / D conversion.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の一実施形態による無線通信用プリアンブル信号を含む無線パケットは、図1に示されるように、まず単一のアンテナTx1から送信されるPLCP(Physical Layer Convergence Protocol)信号が配置される。PLCP信号はショートプリアンブル列101、第1ロングプリアンブル列102、第1シグナルフィールド(SIGNAL)103及び第2シグナルフィールド(SIGNAL 2)104を有する。ショートプリアンブル列101の単位プリアンブルSP及び第1ロングプリアンブル列102の単位プリアンブルLPは、それぞれ一定長の信号系列であり、SPの長さに対してLPの長さは相対的に大きい。
As shown in FIG. 1, a wireless packet including a wireless communication preamble signal according to an embodiment of the present invention is first arranged with a PLCP (Physical Layer Convergence Protocol) signal transmitted from a single antenna Tx1. The PLCP signal has a
ショートプリアンブル列101、第1ロングプリアンブル列102及び第1シグナルフィールド103はIEEE 802.11a規格に準拠している。ショートプリアンブル列101と第1ロングプリアンブル列102との間には、ガードインターバル(Guard Interval)GIが配置される。第2シグナルフィールド104は、新たな無線LAN規格であるIEEE 802.11nに必要なフィールドである。第1シグナルフィールド103及び第2シグナルフィールド104については、後に詳しく説明する。
The
PLCP信号の後に、複数のアンテナTx1〜Tx4からそれぞれ同時に送信されるAGC用プリアンブル105A〜105Dが配置される。AGC用プリアンブル105A〜105Dは、複数の送信アンテナを使って送信された信号を受信装置において適切な品質で復調できるようにするために用いられる。すなわち、AGC用プリアンブル105A〜105Dは、MIMO(Multi Input Multi Output)技術で通信するにあたって、受信装置が最適なAGCを行うことができるようにするためのプリアンブルであり、MIMO技術を用いたAGCを行う場合に特有のプリアンブルである。 After the PLCP signal, AGC preambles 105A to 105D that are simultaneously transmitted from a plurality of antennas Tx1 to Tx4 are arranged. AGC preambles 105 </ b> A to 105 </ b> D are used so that a signal transmitted using a plurality of transmission antennas can be demodulated with appropriate quality in a receiving apparatus. That is, the AGC preambles 105A to 105D are preambles that enable the receiving apparatus to perform optimal AGC when communicating using MIMO (Multi Input Multi Output) technology. This is a preamble that is unique to the case.
AGC用プリアンブル105A〜105Dの後に、第2ロングプリアンブル列106A〜109A,106B〜109B,106C〜109C及び106D〜109Dがそれぞれ配置される。本実施形態では、AGC用プリアンブル105A〜105Dとして全て同じ信号系列を用いる場合について説明するが、AGC用プリアンブル105A〜105Dは互いに異なる信号系列であっても構わない。第2ロングプリアンブル列106A〜109A,106B〜109B,106C〜109C及び106D〜109Dを形成する単位プリアンブルLPの相互間には、ガードインターバルGIがそれぞれ配置される。後述するように、第2ロングプリアンブル列106A〜109A,106B〜109B,106C〜109C及び106D〜109Dは、それぞれ直交化されている。
After the
上述した無線通信用プリアンブル信号の後、すなわち第2ロングプリアンブル列106A〜109A,106B〜109B,106C〜109C及び106D〜109Dのそれ送信ぞれの後に、アンテナTx1〜Tx4からそれぞれ送信される送信データ(DATA)110A〜110Dが配置される。
Transmission data transmitted from the antennas Tx1 to Tx4 after the above-described radio communication preamble signal, that is, after transmission of the second
次に、第1シグナルフィールド103を説明する前に、第2シグナルフィールド104について説明しておく。第2シグナルフィールド104には、図1の無線パケットがIEEE 802.11a規格以外の規格であるIEEE 802.11nに対応していることを示す識別情報が記述されている。言い替えれば、第2シグナルフィールド104は第2ロングプリアンブル列106A〜109A,106B〜109B,106C〜109C及び106D〜109Dが次に受信されること、および第2ロングプリアンブル列のシンボル個数を示す。また送信データ110A〜110Dの変調方式(Modulation Scheme)と符号化方式(Coding Scheme)の組み合わせであるMCS(Modulation and Coding Scheme)を示す。符号化方式は、誤り訂正符号である畳み込み符号の符号化率を示す。
Next, before describing the
次に、第1シグナルフィールド103について詳しく説明する。第1シグナルフィールド103には、後続する送信データ110A〜110Dの変調方式や無線パケット長を示す情報が記述されている。前述したとおり、図1に示した無線通信用プリアンブル信号のうち、PLCP信号の区間、特にショートプリアンブル列101から第1シグナルフィールド103までの無線パケット区間は、IEEE 802.11a規格に準拠している。
Next, the
図2には、IEEE 802.11a規格に基づく無線通信用プリアンブル信号を含む無線パケットを示す。一つの送信アンテナTx1から時間同期、周波数同期及びAGCに用いるショートプリアンブル列x11、伝送路応答推定用のロングプリアンブル列x12、無線パケットの変調方式や長さを示すフィールドを含むシグナルフィールドx13が送信され、この後に送信送信データx14,x18が送信される。 FIG. 2 shows a wireless packet including a preamble signal for wireless communication based on the IEEE 802.11a standard. A single transmission antenna Tx1 transmits a short preamble sequence x11 used for time synchronization, frequency synchronization and AGC, a long preamble sequence x12 for channel response estimation, and a signal field x13 including a field indicating the modulation scheme and length of a radio packet. Thereafter, transmission transmission data x14 and x18 are transmitted.
図1における第1シグナルフィールド103は、図2に示したIEEE 802.11a規格に基づく無線通信用プリアンブル信号におけるシグナルフィールドx13と同様である。第1シグナルフィールド103は、図1の下側に詳細に示されるようにIEEE 802.11a規格に基づく無線パケット中のデータ信号のMCSを示すレート部(RATE)131、将来の規格拡張のために予約されるリザーブビット(R)132、無線パケットの長さを示すパケット長部(LENGTH)133、レート部131からパケット長部133までの情報のパリティチェックを行うパリティ部(P)134、及び畳み込み符号を終端させるためのシグナルテール部(SIGNAL TAIL)135を有し、これらがOFDM多重されて送信アンテナTx1から送信される。
The
従って、無線機がIEEE 802.11a規格に準拠していれば、パケット長部133で示される無線パケット区間では正常な受信動作を行うことができる。すなわち、第1シグナルフィールド103に後続する信号区間に、IEEE 802.11a規格に準拠した他の無線送信装置が送信を開始することによって無線パケットを破壊するようなことは生じない。
Therefore, if the wireless device conforms to the IEEE 802.11a standard, a normal reception operation can be performed in the wireless packet section indicated by the
リザーブビット132は、IEEE 802.11a規格に対応する無線機では不要であり、使用されていない。本発明の実施形態では、このリザーブビット132に意味を与えることにより、IEEE 802.11a以外の特定の規格、例えばIEEE 802.11n規格の無線機の動作を制御することを可能とする。具体的には、リザーブビット132は例えば(a)AGC用プリアンブル105A〜105Dの送信を予告したり、(b)図1に示したIEEE 802.11n規格に対応する無線パケットが送信されることを示したり、(c)複数の送信アンテナ205A〜205Dを用いてAGC用プリアンブル105A〜105D及びデータ110A〜110Dの送信の予告を示したり、(d)リザーブビット132で第2シグナルフィールド104の送信を予告したりする。
The
ここで、(a)の予告については、リザーブビット132で第2シグナルフィールド104の送信を予告することによって、間接的にAGC用プリアンブル105A〜105Dの送信を予告することを含む。(b)でいうIEEE 802.11n規格に対応する無線パケットとは、図1に示したようにショートプリアンブル列101、第1ロングプリアンブル列102、第1シグナルフイールド103、第2シグナルフィールド104、AGC用プリアンブル105A〜105D、第2ロングプリアンブル列106A〜109A,106B〜109B,106C〜109C及び106D〜109D及びデータ110A〜110Dを含む無線パケットであり、MIMO技術を用いて複数の送信アンテナからの信号が多重された信号を含む無線パケットである。
Here, the notice in (a) includes notifying the transmission of the
リザーブビット132を予め決められた値、例えば“1”にして送信すれば、IEEE 802.11n規格の無線機はリザーブビット132の受信及び復調を行うことによって、IEEE 802.11n規格に対応する無線パケットの受信を認識することが可能である。具体的には、リザーブビット132によって図1の無線パケットが受信されていることを示し、さらにはリザーブビット132の後に第2シグナルフィールド及びAGC用プリアンブル105A〜105Dが次に受信されることを示すことが可能である。
If the
次に、図3を参照して本実施形態に従う無線送信装置について説明する。まず、送信データ201とメモリ202から出力される無線通信用プリアンブル信号がディジタル変調部203によって変調されることにより、無線パケットが組み立てられる。組み立てられた無線パケットは、送信部204A〜204Dによって送信に必要な処理、例えばD/A(ディジタル−アナログ)変換、RF(無線周波数)帯への周波数変換(アップコンバート)及び電力増幅が施された後、図1で説明したアンテナTx1〜Tx4に相当する複数の送信アンテナ205A〜205Dに供給され、送信アンテナ205A〜205DからRF信号が図3に示す無線受信装置に向けて送信される。以下では、図1中のTx1〜Tx4を送信アンテナ205A〜205Dとして説明する。
Next, a wireless transmission device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. First, the wireless communication preamble signal output from the
本実施形態においては、図1中に示したショートプリアンブル列101から第1ロングプリアンブル列102、前述したような意味を示すリザーブビット132を含む第1シグナルフィールド103及び第2シグナルフィールド104までのPLCP信号は、図3中の送信部204Aから送信アンテナ205Aのみによって送信される。PLCP信号以後の図1中に示したAGC用プリアンブル105A〜105D、第2ロングプリアンブル列106A〜109A,106B〜109B,106C〜109C及び106D〜109D及びデータ110A〜110Dは、図3中の送信部204A〜204Dから送信アンテナ205A〜205Dによって送信される。
In the present embodiment, the PLCP from the
一方、図4に示す無線受信装置においては、複数の受信アンテナ301A〜301Dによって、図2に示した無線送信装置から送信されたRF信号が受信される。無線受信装置は、単一の受信アンテナを備えていても構わない。受信アンテナ301A〜301DからのRF受信信号は、受信部302A〜302Dにそれぞれ入力される。受信部302A〜302Dでは受信処理、例えばRF帯からBB(ベースバンド)帯への周波数変換(ダウンコンバート)、AGC(自動利得制御)及びA/D(アナログ−ディジタル)変換が行われ、ベースバンド信号が生成される。
On the other hand, in the wireless reception device shown in FIG. 4, the RF signals transmitted from the wireless transmission device shown in FIG. 2 are received by the plurality of
受信部302A〜302Dからのベースバンド信号は、伝送路推定部303A〜303D及びディジタル復調部304に入力される。伝送路推定部303A〜303Dでは、図3の無線送信装置から図4の無線受信装置までの伝送路応答が推定される。伝送路推定部303A〜303Dについては、後に詳しく説明する。ディジタル復調部304では、伝送路推定部303A〜303Dによって推定された伝送路応答に従ってベースバンド信号の復調が行われ、図2中に示した送信データ201に対応する受信データ305が生成される。
Baseband signals from receiving
より詳しくは、ディジタル復調部304は入力部に伝送路等化器を有する。伝送路等化器は、受信信号が伝送路で受けた歪を除去するための等化処理を推定された伝送路応答に従って行う。ディジタル復調部304は、さらに上述の時間同期処理に基づく適切な復調タイミングで等化後の信号に対して復調処理を行い、データを再生する。
More specifically, the
次に、図4中に示した受信部302A〜302Dについて説明する。図5に、受信部302Aの詳細な構成を示す。他の受信部302B〜302Dも同様であるため、ここでは受信部302Aのみについて説明する。受信アンテナ301Aから入力されるRF受信信号は、ダウンコンバータ401によってダウンコンバートされ、ベースバンド信号が生成される。この場合、RF受信信号を直接BB帯に変換してもよいし、一旦IF(中間周波数)帯への変換を行った後、BB帯に変換してもよい。
Next, the receiving
ダウンコンバータ401によって生成されたベースバンド信号は可変利得増幅器402に入力され、AGCすなわち信号レベルの調整が行われる。可変利得増幅器402からの出力信号は、A/D変換器403によりディジタル信号に変換される。A/D変換器403から出力されるディジタル信号は、受信部302Aの外に出力されると共に、利得制御部404に入力される。利得制御部404によってA/D変換器403からのディジタル信号から利得計算が行われ、それに基づいて可変利得増幅器402の利得が制御される。このAGCの具体的な内容については、後述する。
The baseband signal generated by the
次に、図1に示した無線通信用プリアンブル信号を含む無線パケットの送信信号を受信する場合に着目して、図4及び図5で説明した無線受信装置の動作について説明する。無線受信装置は、まず図3中の送信アンテナ205Aから送信されるショートプリアンブル列101を受信し、ショートプリアンブル列101に対応するベースバンド信号を用いてフレーム先頭検出、時間同期、AFC(自動周波数制御)及びAGC制御を行う。AFCは、周波数同期とも呼ばれる。フレーム先頭検出、時間同期及びAFCについては公知の技術を用いることができるので説明を省略し、ここではAGCについて特に説明する。
Next, the operation of the radio reception apparatus described with reference to FIGS. 4 and 5 will be described by paying attention to the case of receiving a transmission signal of a radio packet including the radio communication preamble signal shown in FIG. First, the radio receiving apparatus receives the
ショートプリアンブル列101に対応するベースバンド信号は、可変利得増幅器402によって、予め与えられた初期利得値に従って増幅される。可変利得増幅器402からの出力信号は、A/D変換器403を経て利得制御部404に入力される。利得制御部404は、ショートプリアンブル列101に対応する受信信号のA/D変換後のレベルから利得を計算し、それに従って可変利得増幅器402の利得を制御する。
The baseband signal corresponding to the
今、ショートプリアンブル列101に対応するベースバンド信号のA/D変換後のレベルをXとする。レベルXが高い場合、ベースバンド信号はA/D変換器403の入力ダイナミックレンジの上限を超え、A/D変換によって得られるディジタル信号は飽和を起こす。このため、特に高レベルの信号は歪んでしまう。一方、レベルXが低い場合、特に低レベルの信号はA/D変換に伴って大きな量子化誤差を含むようになる。このようにA/D変換後のレベルXが高い場合及び低い場合のいずれにおいても、A/D変換器403では適切な変換が行われないため、受信品質に大きな支障をきたす。
Now, let X be the level after A / D conversion of the baseband signal corresponding to the
この問題を解決するため、利得制御部404はショートプリアンブル列101に対応するベースバンド信号のA/D変換後のレベルXが予め決められた目標値Zになるように、可変利得増幅器402の利得を制御する。A/D変換器403に入力される信号が全て飽和してしまう程度にベースバンド信号のレベルが大幅に高い場合、あるいは逆に大幅に低い場合、一回の制御で可変利得増幅器402の利得を適切に制御できないことがある。このような場合、利得制御を繰り返して行う。この結果、A/D変換器403に入力されるベースバンド信号のレベルをA/D変換器403の入力ダイナミックレンジ内に収まるような適切なレベルに調整することが可能となる。このようにショートプリアンブル列101に対応するベースバンド信号を用いて可変利得増幅器402の利得を制御することにより、適切なA/D変換を行い、受信品質の低下を避けることができる。
In order to solve this problem, the
また、上記の説明では可変利得増幅器402のための利得計算に必要な受信レベルの測定をA/D変換器403から出力されるディジタル信号を用いて行ったが、A/D変換前のアナログ信号を用いてレベル測定を行うことも可能である。さらに、BB帯でなくIF帯あるいはRF帯で受信レベルの測定を行っても構わない。
In the above description, the reception level necessary for gain calculation for the
次に、無線受信装置は送信アンテナ205Aから送信される第1ロングプリアンブル列102を受信し、ロングプリアンブル列102に対応するベースバンド信号を用いて伝送路推定、すなわち無線送信装置から無線受信装置までの伝送路応答(周波数伝達特性)の推定を行う。送信アンテナ205Aから送信される信号については上述のようにAGCが終了しているため、伝送路推定を行うときにはA/D変換器403への入力のレベルは適切に調整されている。従って、送信アンテナ205Aから送信される信号については、A/D変換器403から精度の高いディジタル信号が得られるため、このディジタル信号を用いて伝送路推定を的確に行うことができる。
Next, the wireless reception device receives the first
次に、無線受信装置は送信アンテナ205Aから送信される第1シグナルフィールド103を受信し、第1シグナルフィールド103に対応するベースバンド信号に対して、上述した伝送路推定の結果を用いてディジタル復調部404により復調処理を行う。第1シグナルフィールド103には、図1中に示したようにプリアンブルデータに後続するデータのMCSを示すレート部131や、無線パケットの長さを示すパケット長部133が記述されている。無線受信装置は、第1シグナルフィールド103中のパケット長部133から認識される無線パケット区間において、ディジタル復調部404による復調処理を続ける。
Next, the wireless reception device receives the
次に、図6を用いて図4中のディジタル復調部304について詳細に説明する。ディジタル復調部304には、図4中に示した受信部302A〜302Dからの信号500が入力される。ディジタル復調部304はFFT(高速フーリエ変換)部501、シンボルタイミング制御部502、デマッピング部503、誤り訂正部504、シグナル復号部505及びAGC開始制御部506を有する。
Next, the
シンボルタイミング制御部502は、入力されるショートプリアンブル列101及びロングプリアンブル列102などを用いて、タイミング同期(時間同期)の一つであるシンボル同期をとる。具体的には、図1の無線パケット中に示されている各々のシンボルの区切りを認識する。シンボル同期の手法については、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
The symbol
FFT部501は、シンボルタイミング制御部502で認識されたタイミングに応じて入力信号500に対しFFTを施し、第1ロングプリアンブル列102を用いた伝送路推定を行う。伝送路推定も公知の技術なので、説明を省略する。
The
次に、FFT部501は入力信号500に対し第1シグナルフィールド103のタイミングでFFTを施す。FFT部501からの出力は、デマッピング部503により2値系列に変換された後、誤り訂正部504へ入力される。誤り訂正後の出力は、ディジタル復調部304から受信データ305として出力されると共に、シグナル復号部505に入力される。なお、誤り訂正を用いずにデマッピング部503の出力をそのままシグナル復号部505へ入力することも可能である。
Next, the
シグナル復号部505では、第1シグナルフィールド103中のリザーブビット132を復号して予め決められた値、例えば“1”であることを検出すると、間もなくAGC用プリアンブル105A〜105Dが受信されることを認識し、AGC開始制御部506にその旨、すなわちAGC用プリアンブルの受信予告を通知する。AGC開始制御部506は、このAGC用プリアンブル受信予告を受けると図5中に示す利得制御部404に対してAGC開始指令を送り、利得制御動作を開始させる制御を行う。
When the
次に、無線受信装置は送信アンテナ205Aから送信される第2シグナルフィールド104を受信した後、送信アンテナ205A〜205Dから送信されるAGC用プリアンブル105A〜105Dを受信する。AGC用プリアンブル105A〜105Dは、第2シグナルフィールド104まで送信を続けてきた送信アンテナ205A及び今まで送信を行ってない送信アンテナ205B〜205Dから送信される。従って、送信アンテナ205Aのみから送信される信号(第1ショートプリアンブル列101、第2ロングプリアンブル列102、第1シグナル103及び第2シグナル104)を受信する場合と比較して、AGC用プリアンブル105A〜105Dを受信する場合の受信レベルは変化する。
Next, after receiving the
このときAGC開始制御部506は、シグナル復号部505からAGC用プリアンブル受信予告を既に受けているため、シンボルタイミング制御部502からのシンボルタイミングの情報を用いて、AGC用プリアンブル105A〜105Dが図5中のA/D変換器403を通過する時間に合わせて、AGC開始指令を受信部302A〜302Dへ送る。受信部302A〜302DはAGC開始指令を受けると、AGC用プリアンブル105A〜105Dを用いて再度AGCを行う。これにより送信アンテナ205A〜205Dから同時に送信されてくる信号、すなわちMIMO(Multi Input Multi Output)のチャネルで送られてくる信号を受信レベルを適切に調整してA/D変換器403に入力することができる。
At this time, since the AGC
再度のAGC開始指令は、第2シグナルフィールド104を復号した後に出しても良いが、本実施形態では第1シグナルフィールド103のリザーブビット132を復号した時点でAGC開始指令を出す。これにより、AGC開始指令が出されてから実際にAGCを開始するまでの時間に余裕を持たせることができる。具体的には、第2シグナルフィールド104の復号に要する時間分だけ余裕が生じる。従って、第2シグナルフィールド104を復号してからAGC開始指令を出す手法と比較して、復号速度を低減することが可能になり、廉価なLSIを提供することが可能になる。また、第2シグナルフィールド104を復号してからAGC開始指令を出す手法と比較して、AGCプリアンブル105A〜105Dを用いたAGCが可能な時間を長くとることができるため、適切なAGC値の下で高品質の受信を行うことができる。すなわち、図4で示したようにAGC用プリアンブル105A〜105Dに対応するベースバンド信号のA/D変換後のレベルを用いて、可変利得増幅器402に対する利得制御を再度行う。
A second AGC start command may be issued after the
従来の技術では、アンテナTx1から送信されるプリアンブル信号中のショートプリアンブル列のみを用いてAGCを行っている。すなわち、アンテナTx1以外のアンテナTx2〜TX4から送信される信号を受信する場合でも、アンテナTx1から送信される信号に対する受信レベルのみに従ってAGCを行う。 In the conventional technique, AGC is performed using only the short preamble sequence in the preamble signal transmitted from the antenna Tx1. That is, even when signals transmitted from antennas Tx2 to TX4 other than antenna Tx1 are received, AGC is performed only according to the reception level for the signals transmitted from antenna Tx1.
図7は、従来方式を用いた際のショートプリアンブルとデータ部の受信電力分布図である。伝搬路は、遅延時間が50nsecのマルチパス環境(データ1シンボル時間は4μsec)である。この図からわかるように、ショートプリアンブルx01の受信レベルと、データ部の受信レベル比は一致していないことがわかる。
FIG. 7 is a distribution diagram of received power in the short preamble and data portion when the conventional method is used. The propagation path is a multipath environment with a delay time of 50 nsec (
例えば、図7におけるAの領域ではデータ部x08〜x11の受信電力が低いのにもかかわらず、ショートプリアンブルx01の受信電力が強く受信されてしまう。このためショートプリアンブルx01の受信電力を基にAGCを調整した場合、データ部の受信電力はより低くなり、A/D変換器403において量子化誤差を生じさせてしまう。一方、図7におけるBの領域では、データ部x08〜x11の受信電力が大きいのにもかかわらず、ショートプリアンブルx01の電力は小さく受信されてしまう。よって、ショートプリアンブルx01の受信電力を基にしてAGCを施した場合、データ部x08〜x11ではA/D変換器304において飽和を生じさせてしまう。このように従来の方式では、データ部x08〜x11の受信電力とショートプリアンブルの電力比が一定でないために、量子化誤差や飽和の影響により受信特性が悪化することがわかる。
For example, in the area A in FIG. 7, the received power of the short preamble x01 is strongly received even though the received power of the data parts x08 to x11 is low. For this reason, when the AGC is adjusted based on the received power of the short preamble x01, the received power of the data portion becomes lower and a quantization error is caused in the A /
これに対して、本実施形態によるとデータ信号を送信する全てのアンテナからAGC用プリアンブル105A〜105Dが送信される。図8は、本実施形態に従うショートプリアンブルとデータ部の受信電力分布図を示している。伝搬路は、図7の場合と同じ環境である。
On the other hand, according to the present embodiment,
図8から分かるように、本実施形態におけるAGC用プリアンブルの受信電力とデータ部110A〜110Dの受信電力はほぼ比例の関係にある。よって、本実施形態では全てのアンテナTx1〜Tx4(送信アンテナ205A〜205D)から同時に送信される、図1中に示すデータ110A〜110Dを受信する場合でも、A/D変換器への入力レベルが適切に調整されているため、従来の方式で発生していた飽和や量子化誤差の影響を大幅に削減できるため、従来方式よりも受信精度が大幅に向上する。
As can be seen from FIG. 8, the received power of the AGC preamble and the received power of the data units 110 </ b> A to 110 </ b> D in this embodiment are in a substantially proportional relationship. Therefore, in this embodiment, even when the
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
101…ショートプリアンブル列
102…第1ロングプリアンブル列
103…第1シグナルフィールド
104…第2シグナルフィールド
105A〜105D…AGC用プリアンブル
106A〜109A,106B〜109B,106C〜109C,106D〜109D…第2ロングプリアンブル列
110A〜110D…データ
202…メモリ
203…ディジタル変調部
204A〜204D…送信部
205A〜205D…送信アンテナ
301A…301D…受信アンテナ
302,302A〜302D…受信部
303A〜303D…伝送路推定部
304…ディジタル復調部
401…ダウンコンバータ
402,402A〜402D…可変利得増幅器
403…A/D変換器
404…利得制御部
501…FFTユニット
502…シンボルタイミング制御部
503…デマッピング部
504…誤り訂正部
505…シグナル復号部
506…AGC開始制御部
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記複数のアンテナのうちの一つのアンテナを用いてショートプリアンブル列、第1ロングプリアンブル列、第1シグナルフィールド及び第2シグナルフィールドを送信する手段と;
前記第2シグナルフィールドの送信後に前記複数のアンテナを用いてAGC用プリアンブルを送信する手段と;
前記AGC用プリアンブルの送信後に前記複数のアンテナを用いてデータを送信する手段とを具備し、前記第1シグナルフィールドは、前記AGC用プリアンブルの送信を予告するリザーブビットを有する無線送信装置。 With multiple antennas;
Means for transmitting a short preamble sequence, a first long preamble sequence, a first signal field and a second signal field using one of the plurality of antennas;
Means for transmitting an AGC preamble using the plurality of antennas after transmitting the second signal field;
Means for transmitting data using the plurality of antennas after transmission of the AGC preamble, and wherein the first signal field has a reserve bit for notifying transmission of the AGC preamble.
前記複数のアンテナのうちの一つのアンテナを用いてショートプリアンブル列、第1ロングプリアンブル列、第1シグナルフィールド及び第2シグナルフィールドを送信する手段と;
前記第2シグナルフィールドの送信後に前記複数のアンテナを用いてAGC用プリアンブルを送信する手段と;
前記AGC用プリアンブルの送信後に前記複数のアンテナを用いてデータを送信する手段とを具備し、前記第1シグナルフィールドは、第2シグナルフィールド、AGC用プリアンブル及びデータが送信されることを示すリザーブビットを有する無線送信装置。 With multiple antennas;
Means for transmitting a short preamble sequence, a first long preamble sequence, a first signal field and a second signal field using one of the plurality of antennas;
Means for transmitting an AGC preamble using the plurality of antennas after transmitting the second signal field;
Means for transmitting data using the plurality of antennas after transmitting the AGC preamble, and the first signal field is a reserve bit indicating that the second signal field, the AGC preamble and data are transmitted A wireless transmission device.
前記複数のアンテナのうちの一つのアンテナを用いてショートプリアンブル列、第1ロングプリアンブル列、第1シグナルフィールド及び第2シグナルフィールドを順に送信する手段と;
前記第2シグナルフィールドの送信後に前記複数のアンテナを用いてAGC用プリアンブルを送信する手段と;
前記AGC用プリアンブルの送信後に前記複数のアンテナを用いてデータを送信する手段とを具備し、前記第1シグナルフィールドは、前記複数のアンテナを用いてAGC用プリアンブル及びデータの送信を予告することを示すリザーブビットを有する無線送信装置。 With multiple antennas;
Means for sequentially transmitting a short preamble sequence, a first long preamble sequence, a first signal field, and a second signal field using one of the plurality of antennas;
Means for transmitting an AGC preamble using the plurality of antennas after transmitting the second signal field;
Means for transmitting data using the plurality of antennas after transmission of the AGC preamble, and the first signal field notifies the AGC preamble and data transmission using the plurality of antennas. A wireless transmitter having a reserve bit to indicate.
前記受信信号を増幅する可変利得増幅器と;
前記リザーブビットの受信をトリガとして、前記AGC用プリアンブルを用いて前記可変利得増幅器の利得を制御する利得制御部とを具備する無線受信装置。 A short preamble sequence transmitted in order from one antenna, a first long preamble sequence, a first signal field and a second signal field having reserved bits, and a plurality of antennas sequentially transmitted from a plurality of antennas after the second signal field A receiving unit that receives a signal including an AGC preamble and a data signal and generates a received signal;
A variable gain amplifier for amplifying the received signal;
A radio receiving apparatus comprising: a gain control unit configured to control a gain of the variable gain amplifier using the AGC preamble, triggered by reception of the reserved bits.
前記受信信号を増幅する可変利得増幅器と;
前記AGC用プリアンブルを用いて前記可変利得増幅器の利得を制御する利得制御部と;
前記リザーブビットの受信に応答して前記利得制御部の利得制御動作を開始させる制御を行う開始制御部とを具備する無線受信装置。 A short preamble sequence transmitted from one antenna in sequence, a first long preamble sequence, a first signal field and a second signal field having reserved bits, and a plurality of antennas sequentially transmitted from a plurality of antennas after the second signal field A receiving unit that receives a signal including an AGC preamble and a data signal and generates a received signal;
A variable gain amplifier for amplifying the received signal;
A gain control unit for controlling the gain of the variable gain amplifier using the AGC preamble;
A radio receiving apparatus comprising: a start control unit that performs control to start a gain control operation of the gain control unit in response to reception of the reserve bit.
前記第2シグナルフィールドの送信後に前記複数のアンテナを用いてAGC用プリアンブルを送信するステップと;
前記AGC用プリアンブルの送信後に前記複数のアンテナを用いてデータを送信するステップとを具備し、前記第1シグナルフィールドは、前記AGC用プリアンブルの送信を予告するリザーブビットを有する無線送信方法。 Transmitting a short preamble sequence, a first long preamble sequence, a first signal field, and a second signal field in order using one of a plurality of antennas;
Transmitting an AGC preamble using the plurality of antennas after transmitting the second signal field;
And transmitting data using the plurality of antennas after transmitting the AGC preamble, wherein the first signal field has a reserve bit for notifying transmission of the AGC preamble.
前記受信信号を可変利得増幅器により増幅するステップと;
前記リザーブビットの受信をトリガとして、前記AGC用プリアンブルを用いて前記可変利得増幅器の利得を制御するステップとを具備する無線受信方法。 A short preamble sequence transmitted from one antenna in sequence, a first long preamble sequence, a first signal field and a second signal field having reserved bits, and a plurality of antennas sequentially transmitted from a plurality of antennas after the second signal field A receiving unit that receives a signal including an AGC preamble and a data signal and generates a received signal;
Amplifying the received signal with a variable gain amplifier;
And a step of controlling the gain of the variable gain amplifier using the AGC preamble, triggered by reception of the reserved bits.
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